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Theorem poslubd

Description: Properties which determine the least upper bound in a poset. (Contributed by Stefan O'Rear, 31-Jan-2015)

Ref Expression
Hypotheses poslubd.l = ( le ‘ 𝐾 )
poslubd.b 𝐵 = ( Base ‘ 𝐾 )
poslubd.u 𝑈 = ( lub ‘ 𝐾 )
poslubd.k ( 𝜑𝐾 ∈ Poset )
poslubd.s ( 𝜑𝑆𝐵 )
poslubd.t ( 𝜑𝑇𝐵 )
poslubd.ub ( ( 𝜑𝑥𝑆 ) → 𝑥 𝑇 )
poslubd.le ( ( 𝜑𝑦𝐵 ∧ ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦 ) → 𝑇 𝑦 )
Assertion poslubd ( 𝜑 → ( 𝑈𝑆 ) = 𝑇 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 poslubd.l = ( le ‘ 𝐾 )
2 poslubd.b 𝐵 = ( Base ‘ 𝐾 )
3 poslubd.u 𝑈 = ( lub ‘ 𝐾 )
4 poslubd.k ( 𝜑𝐾 ∈ Poset )
5 poslubd.s ( 𝜑𝑆𝐵 )
6 poslubd.t ( 𝜑𝑇𝐵 )
7 poslubd.ub ( ( 𝜑𝑥𝑆 ) → 𝑥 𝑇 )
8 poslubd.le ( ( 𝜑𝑦𝐵 ∧ ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦 ) → 𝑇 𝑦 )
9 biid ( ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑧 ∧ ∀ 𝑦𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦𝑧 𝑦 ) ) ↔ ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑧 ∧ ∀ 𝑦𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦𝑧 𝑦 ) ) )
10 2 1 3 9 4 5 lubval ( 𝜑 → ( 𝑈𝑆 ) = ( 𝑧𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑧 ∧ ∀ 𝑦𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦𝑧 𝑦 ) ) ) )
11 7 ralrimiva ( 𝜑 → ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑇 )
12 8 3expia ( ( 𝜑𝑦𝐵 ) → ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦𝑇 𝑦 ) )
13 12 ralrimiva ( 𝜑 → ∀ 𝑦𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦𝑇 𝑦 ) )
14 11 13 jca ( 𝜑 → ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑇 ∧ ∀ 𝑦𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦𝑇 𝑦 ) ) )
15 breq2 ( 𝑧 = 𝑇 → ( 𝑥 𝑧𝑥 𝑇 ) )
16 15 ralbidv ( 𝑧 = 𝑇 → ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑧 ↔ ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑇 ) )
17 breq1 ( 𝑧 = 𝑇 → ( 𝑧 𝑦𝑇 𝑦 ) )
18 17 imbi2d ( 𝑧 = 𝑇 → ( ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦𝑧 𝑦 ) ↔ ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦𝑇 𝑦 ) ) )
19 18 ralbidv ( 𝑧 = 𝑇 → ( ∀ 𝑦𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦𝑧 𝑦 ) ↔ ∀ 𝑦𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦𝑇 𝑦 ) ) )
20 16 19 anbi12d ( 𝑧 = 𝑇 → ( ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑧 ∧ ∀ 𝑦𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦𝑧 𝑦 ) ) ↔ ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑇 ∧ ∀ 𝑦𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦𝑇 𝑦 ) ) ) )
21 20 rspcev ( ( 𝑇𝐵 ∧ ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑇 ∧ ∀ 𝑦𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦𝑇 𝑦 ) ) ) → ∃ 𝑧𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑧 ∧ ∀ 𝑦𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦𝑧 𝑦 ) ) )
22 6 14 21 syl2anc ( 𝜑 → ∃ 𝑧𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑧 ∧ ∀ 𝑦𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦𝑧 𝑦 ) ) )
23 1 2 poslubmo ( ( 𝐾 ∈ Poset ∧ 𝑆𝐵 ) → ∃* 𝑧𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑧 ∧ ∀ 𝑦𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦𝑧 𝑦 ) ) )
24 4 5 23 syl2anc ( 𝜑 → ∃* 𝑧𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑧 ∧ ∀ 𝑦𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦𝑧 𝑦 ) ) )
25 reu5 ( ∃! 𝑧𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑧 ∧ ∀ 𝑦𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦𝑧 𝑦 ) ) ↔ ( ∃ 𝑧𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑧 ∧ ∀ 𝑦𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦𝑧 𝑦 ) ) ∧ ∃* 𝑧𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑧 ∧ ∀ 𝑦𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦𝑧 𝑦 ) ) ) )
26 22 24 25 sylanbrc ( 𝜑 → ∃! 𝑧𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑧 ∧ ∀ 𝑦𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦𝑧 𝑦 ) ) )
27 20 riota2 ( ( 𝑇𝐵 ∧ ∃! 𝑧𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑧 ∧ ∀ 𝑦𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦𝑧 𝑦 ) ) ) → ( ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑇 ∧ ∀ 𝑦𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦𝑇 𝑦 ) ) ↔ ( 𝑧𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑧 ∧ ∀ 𝑦𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦𝑧 𝑦 ) ) ) = 𝑇 ) )
28 6 26 27 syl2anc ( 𝜑 → ( ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑇 ∧ ∀ 𝑦𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦𝑇 𝑦 ) ) ↔ ( 𝑧𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑧 ∧ ∀ 𝑦𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦𝑧 𝑦 ) ) ) = 𝑇 ) )
29 14 28 mpbid ( 𝜑 → ( 𝑧𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑧 ∧ ∀ 𝑦𝐵 ( ∀ 𝑥𝑆 𝑥 𝑦𝑧 𝑦 ) ) ) = 𝑇 )
30 10 29 eqtrd ( 𝜑 → ( 𝑈𝑆 ) = 𝑇 )